Мокрая очистка промышленных газов: скрубберы

 

     Мокрые  газоочистные аппараты ударно-инерционного типа работают по принципу инерционного осаждения частиц во время преодоления очищаемыми газами препятствия или при резком изменении направления движения газового потока над поверхностью жидкости.

     Мокрый  ударно-инерционный пылеуловитель  представляет собой вертикальную колонну, в нижней части которой находится  слой жидкости. Запыленные газы со скоростью 20 м/с направляются сверху вниз на поверхность жидкости. При резком изменении направления движения газового потока (на 180°) взвешенные частицы, содержащиеся в газах, проникают в воду и осаждаются в ней, а очищенные газы направляются в выходной газопровод. Труба Вентури служит для увеличения скорости частиц и, следовательно, увеличения действия инерционных сил частиц перед ударом о поверхность жидкости.

     Пылеуловители этого типа удовлетворительно работают в случае хорошо смачивающейся пыли с размером частиц более 20 мкм. Шлам из аппарата удаляется периодически или непрерывно через гидрозатвор. Для удаления уплотненного осадка со дна применяют смывные сопла. 

Рис.1.14. Скруббер Дойля

1 – труба, 2 – конус, 3 – перегородки 

     По  такому принципу работает скруббер Дойля (рис.1). На поверхность воды запыленный газ поступает через трубу, в выходном сечении которой установлен конус, образующий узкую кольцевую щель. В результате наличия этой щели скорость газа на выходе из трубы достигает 35 – 55 м/с. Уровень жидкости в аппарате устанавливают на 2 – 3 мм ниже уровня выходного сечения трубы. Газовый поток при ударе о поверхность жидкости создает завесу из капель, в которой и очищается газ. Проходя между вертикальными перегородками, газ изменяет направление своего движения и освобождается от капель. Расход жидкости в скруббере составляет около 0,13 кг/м3. Гидравлическое сопротивление 1500 Па. Степень очистки 97,5 – 99,5% в зависимости от дисперсного состава пыли.  

     Таблица 1

Техническая характеристика скруббера  Дойля

Вид пыли	Запыленность, г/м3		Эффективность очистки, %	Расход воды, м3/ч на 100 м3 газа
	на входе	на выходе
Зола	23,1	0,342	98,4	4,0
Свинцовый агломерат (от дробилок)	1,91	0,0071	99,6	0,8
Свинцовый агломерат (от сушильных печей)	4,75	0,101	97,9	1,36
Фосфорит	17,5	0,468	97,4	1,92
Уголь	4,4	0,06335	98,6	1,36

 

     Процесс каплеобразования с скруббере ударного действия можно представить следующим  образом: под динамическим воздействием газового потока на поверхности жидкости образуется впадина. Форму впадины  можно представить в виде усеченного конуса.

     Каплеобразование  в скруббере ударного действия происходит под действием аэродинамических сил обратной струи газа, движущейся вдоль поверхности впадины. На границе  раздела жидкость – обратная струя  в результате пульсаций и искривления  поверхности из нее вытягиваются жидкие нити. Под действием поверхностного натяжения нити распадаются на отдельные капли, сохраняющие направление движения обратной струи. Размер и количество капель зависят от скорости обратной струи газа и величины поверхности контакта обратной струи газа с жидкостью.

     Каплеобразование  происходит с боковой поверхности  впадины, где наблюдается интенсивное  перемешивание. На нижней поверхности  впадины перемешивание практически  не происходит вследствие торможения газового потока.

     В конечном счете, каплеобразование в скруббере ударного действия определяется скоростью газа на выходе из сопла, его диаметром и зазором между кромкой сопла и поверхностью жидкости.

 

      3.6. Скоростные пылеуловители (скрубберы Вентури) 

           Если  в  газе   содержатся   частицы   размером  менее 5 мкм ,  его  очистка  более  эффективно  проходит  в  турбулентных  промывателях  или   скрубберах  Вентури.  Причем  для  очистки  от   крупной   пыли  и  от   капель   жидкости  после скруббера  устанавливают  инерционный   аппарат,  центробежный  циклон  или  последовательно оба.

     Эти  устройства   применяют   для  очистки  технологических  и  вентиляционных   газов  от   мелкодисперсной  пыли,  для  охлаждения  газов  и  очистки  от  вредных  газообразных  примесей.

     Скруббер  Вентури ( рис. 1.25)  состоит  из  3-х   частей :  конфузора   1,  горловины  2   и  диффузора   3.  Запыленный  газ вводят   в широкое отверстие  конфузора,  в котором   его скорость   увеличивается.  В конфузор  или   прямо   в горловину подают  воду .  В  турбулентном  потоке   вода   дробиться  на   мелкие  капли ,  а  газовая  оболочка   вокруг   небольших   частиц   пыли  разрушается.  Чем   выше скорость   газа ,  тем   мельче  получаются  капли  и  большее  их количество . Образовавшиеся  капли   воды интенсивно   перемешиваются  в  потоке   газа  с частицами  пыли,  сталкиваются   с ними и укрупняют  их.

     Чтобы   мелкие  капли   воды  не   испарялись   и  не   ухудшались  условия  коагуляции ,  температура  газа   не   должна  быть  больше 250 о С .  В противном   случае необходимо увеличивать количество  воды на  орошение. При   входе в диффузор  газ теряет   скорость   и происходит   дальнейшая коагуляция   пыли.  Одновременно  в скруббере Вентури происходит   охлаждение  газа   и  поглощение  вредных   газовых  компонентов ,  которые   хорошо  растворяются  в воде .

     Скорость   газа   во   входном   сечении  конфузора   и  выходном  сечении  диффузора   составляет  18-24  м/ с,  а   в  горловине трубы   Вентури  скорость   зависит  от   размера  частиц   пыли  и  назначения   аппарата.

     Так,  при   очистке  технологических  газов скорость   составляет  90-200  м/ с,  при   очистке   воздуха  в  системах   аспирации  60-90 м/ с,  при   охлаждении  газа   и  очистке  от   газообразных  компонентов  40-70  м/ с.

     Горловина  трубы   Вентури  может  быть  круглого   или   прямоугольного   сечения.  Если  количество   поступающих   на  очистку газов переменное,  используют  трубы    с   прямоугольным   сечением .  В  этом   случае   для  обеспечения  постоянной  скорости   газа   горловина  делается   регулируемой:  для  труб   с  прямоугольным   сечением горловины   изменение  сечения осуществляют  при   помощи  поворотных лопастей  ( рис. 1.26,  а ),  а для  труб  с круглым   сечением   используют  перемещающийся   конус ( рис. 1.26,  б).  Вторая  конструкция   более  надежна   в  эксплуатации ,  так  как  механизм  передвижения корпуса не  контактирует  с запыленным газом.

     Скрубберы   Вентури  можно   устанавливать  в  вертикальном ,  наклонном  и горизонтальном  положении . Удельный  расход   воды  в  аппаратах  составляет  0,25-1,25  л/м3.  Если пыль  мелкодисперсная,  то   выбирают  больший   удельный  расход .  При   очистке аспирационного   воздуха,  который   содержит  крупнодисперсную  пыль  удельный  расход  составляет  0,25-0,5  л/м3.

     Подача  воды  в  трубы   Вентури  производится   различными  способами  ( рис. 1.27):

     а   –  вода   подается   в  горловину   по  оси  трубы   через  одну  или   несколько  форсунок;

     б – схема   периферийного   орошения,  при   которой  воду   подают  в  горловину  поперек  направления  газового   потока  ( схему   используют  для  горловин  любого  вида ).  Кроме   того,  преимуществом   такого   метода   орошения  является  то,  что  оно   позволяет очищать   трубки   без  прекращения   подачи  газа   и  исключает  абразивный износ и образование  отложений  на  орошающем устройстве;

     в,  г  – если   пыль  склонна  к   образованию   отложений   или   содержит  газообразные   примеси   применяют   пленочное ( в)  и  комбинированное   орошение ( г );

     д  – бесфорсуночное   орошение  трубы   Вентури,  когда  газ  барботирует через жидкость и  выносит  в  трубу  капли  жидкости.

     Чем   выше  скорость   газа   в   горловине  и  чем   больше  удельный  расход  жидкости  на   ее   орошение,  тем   выше  гидравлическое   сопротивление  аппарата  и эффективнее  проходит процесс коагуляции  пыли.

     Если  гидравлическое   сопротивление  трубы   Вентури  менее 5000  Па,  то  ее   называют  низконапорной.  Эти  устройства   используют  для  очистки  воздуха   и  газа   от   частиц   пыли  более 5 мкм   в  системах   промышленной   вентиляции  и газов паровых  котлов  в энергетике.

     Высоконапорные  трубы   Вентури ( гидравлическое   сопротивление  от  5000 до 25000 Па)  применяют ,  главным   образом,  для  очистки  технологических  газов от  мелкодисперсной пыли. Если  температура  газового   потока   высокая ,  то   его  перед  скруббером Вентури  охлаждают   в  полом   скруббере,  низконапорной   трубе  Вентури  или  другом аппарате.

     Если  аппарат  используют  еще   и  для  очистки  от   газообразных   примесей,  то   применяют   схему   из   двух   последовательно  установленных   труб   Вентури.  В  первой   трубе (высоконапорной)  происходит   процесс  коагуляции   и  захвата пыли  водой,  а во   второй  (низконапорной)  осуществляется   улавливание газообразных  примесей.

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 1.15. Скоростной  пылеуловитель: 

А – турбулентный промыватель ;  Б –  инерционный  пыле-  и  брызгоуловитель;  В – центробежный  скруббер  (циклон)

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 1.16. Трубы   Вентури  с  регулируемым  сечением   горловины: 

а – прямоугольного   сечения: 1 – труба  Вентури; 2 –  форсунка; 3 – поворотные лопасти; 4 – система  орошения;  б  – круглого   сечения: 1, 4 – смотровые   окна; патрубок   для  выхода  газа; 3 – каплеуловитель ; 5 – завихритель  газа ; 6 – шток; 7 –  механизм  движения  штока; 8 –  патрубок   для  отвода  шлама; 9 – конический  обтекатель ; 10 –  форсунка

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис 1.17. Методы орошения  труб  Вентури

 в,  г  – если   пыль  склонна  к   образованию   отложений   или   содержит  газообразные   примеси   применяют   пленочное ( в)  и  комбинированное   орошение ( г ); д – бесфорсуночное   орошение  трубы   Вентури,  когда газ барботирует через жидкость и  выносит  в  трубу  капли  жидкости.

 

4. Эксплуатация скрубберов

 

     Трудности в эксплуатации мокрых пылеуловителей возникают в связи с выносом  брызг воды или другой промывной  жидкости из аппаратов, а также в  связи с образованием отложений на внутренней поверхности аппаратов в процессе взаимодействия пыли с жидкостью. Такие же осложнения наблюдаются и в газоходах за аппаратами газоочистки, и на роторах вентиляторов и дымососов, что приводит к зарастанию газоходов и к разбалансировке тягодутьевых машин. Для борьбы с выносом брызг следует соблюдать оптимальный режим работы аппаратов и предусматривать специальные брызго- и каплеуловители. Для борьбы с отложениями аппараты промывают и механическим путем снимают с их поверхности налипшие материалы. В последнее время для защиты от отложений применяют синтетические покрытия аппаратов и машин. В частности, в американской практике лопатки вентиляторов и дымососов покрывают тефлоном, т.к. он прочен и дает возможность наносить его на лопасти любой формы.

     Ввиду того, что в промывной жидкости, вводимой в мокрые аппараты газоочистки, могут растворяться содержащиеся в  газе отдельные компоненты (SO₂ и др.), способные образовывать кислоты, при применении мокрых способов очистки газа необходимо принимать меры против коррозии аппаратов и газоходов, а также осуществлять нейтрализацию шламовых вод.

 

5. Область применения мокрых пылеуловителей

 

     Наиболее  широкое применение мокрые пылеуловители  получили на электростанциях. Это обстоятельство было вызвано повышением санитарно-гигиенических требований к защите атмосферного воздуха от загрязнений его окислами серы и летучей золой, в связи с развитием электростанций, использующих в качестве пылевидного топлива многосернистые и многозольные угли.

     На  углеобогатительных фабриках с мокрым процессом обогащения удаление шлама из мокрых пылеуловителей не представляет больших трудностей – эти шламы будут направляться в общую шламовую систему.